Способ ускорения электронных сгустков и устройство для его осуществления

 

1. Способ ускорения электронных сгустков электрическим полем резонансно го объемного , накопителя СВЧ энергии, / отличаюшийся тем, что, с цепью уменьшения энергетического спада от сгустка к сгустку при ускорении бопьщих зарядов, инжекиию сгустков осуществляют в течение времени, равного ЦБО.ЙНОму времени распространения электромагнитной волны поперек направления ускорения сгустков в каждой ячейке накопителя с групповой скоростью. 2. Устройство цля осуществления спо. соба по п. 1, включающее электронный инжектор, генератор накачки СВЧ энергии, ;волноводный резонатор с типом колебания , являющийся накопителем СВЧ энерi . гии, отличаю щ-е ее я тем, что резонатор изогнут так, что длины ячеек (Л резонатора от одной пары пролетных отверстий до другой равны И Я , где Л 2,3, ... - количество ускоряемых сгустков, ll и длина волны в волноводе резонатора, 7 - длина волнь в свободном I j пространстве. 9д 9д Эд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

119) (11) 3(511 Н 05 Н 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 2747518 /18-25 (2 2) 04.04. 79 (46) 23.06.83 Бюл. M 23 (72) P. Г.Зинка ев, С. В. Разин и Ю. Г. Юшков (71) Научно-исслецовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова (53) 62 1.384.6 .(088.8) (56) 1. Харвей А. Техника сверхвысоких частот, Сов. рацио, 1965.

2. Иремашвили Д. B. и др. Сильноточный резонаторный ускоритель электронов.

ПТЭ, И 2, 1967.

33tlinter &Tran N 5=12, 3, 1965 (прототип). (54) СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ЭЛЕКТРОНHblX СГУСТКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ ускорения электронных сгустков электрическим полем резонансно

ro объемного накопителя СВЧ энергии, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью уменьшения энергетического .спада от сгустка к сгустку при ускорении больших зарядов, инжекцию сгустков осуществляют в течение времени, равного цвойному времени распространения электромагнитной волны поперек направления ускорения .сгустков в каждой ячейке накопителя с групповой скоростью.

2, Устройство цля осуществления способа по п. 1, включакицее электронный инжектор, генератор накачки СВЧ энергии,,— волноводный резонатор с типом колебания

Недр, являющийся накопителем СВЧ энер. гии, о т л и ч а ю щ- e e c я тем, что Я резонатор изогнут так, что цлины ячеек резонатора от оцной пары пролетных отверстий цо другой равны И h / Э Р,, гце tl 2,3, ... - количество ускоряемых сгустков, ) g - длина волны в волноводе резонатора, Я - цлина волны в свобоцномпространстве. (3 7664

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано цля ускорения электронных сгустков до боль ших энергий цля целей генерации мощных

СВЧ импульсов, для инжекции в ускорите5 ли, цля получения -излучения и т, ц.

Известен способ ускоречия электрон» ных сгустков электрической компонентой ! СВЧ поля в волновоцной ускоряющей струк- туре тица сложенного волновода Я

В этом способе ускорения. энергия

СВЧ генератора накапливается в изогнутом резонаторе стоячей волны, После цостижения эацанной напряженности электрического поля в резонатор. инжектируют электроны, котсрые при ускорении отбирают энергию из резонатора, Убыль энерго гии в резонаторе компенсируют энергией, поступающей в него от генератора, что позволяет подцерживать в резонаторе постоянное значение напряженности электри20 ческого поля. Время ускорения электронов при этом примерно равно цлительности импульса генератора СВЧ.

Оцнако такой способ ускорения имеет

25 малую величину ускоряемого заряда. Это связано с тем, что при нормальной работе такого ускорителя увеличение энергии электронных сгустков при. ускорении не может пРевышать энеРгии СВЧ поля пос- . тупающей от генератора.

Известен- способ ускорения электронных сгустков„который позволяет значите льно увеличить величину ускоряемого заряда эа счет отбора энергии СВЧ поля, прецвари-i тельно накопленной в ускоряющем резона - З5

1 торе (2) . В этом способе ускорение электронов проводится за счет энергии, накопленной и тороицальном резонаторе метрового диапазона длин волн. После воэбужцения резонатора и достижения 4О требуемой напряженности электрического поля в ускоряющий зазор инжектируют электронные сгустки, которые ускоряются за счет анергии, поступающей к ускоряю, щему зазору из объема резонатора. 45

Недостатком данного способа ускорения. является большой энергетический разброс от сгустка к сгустку. Это связано с тем, что при ускорении первого сгуст- 50 ка энергия, а следовательно и напряжен-, ность поля в резонаторе, уменьшается.

Чтобы компенсировать уменьшение энергии в резонаторе при этом способе ускорения необходимо иметь мощность ВЧ генератора в сотни мегаватт, Кроме того, такой ускоритель имеет большие габариты и вес, что связано с использованием

61 . а оборуцования метрового диапазона длин волн.

Известен способ ускорения . электронных сгустков с большим зарядом, в кото« ром ускорение осуществляется за счет

СВЧ энергии, накопленной в резонаторе бегущей волны (3) ° При этом способе ускорение энергии проиэвоцится в ускоренном диафрагмированном волноводе> включенном в волноводное кольцо резонатора бегущей волны, После накопления энергии в диафрагмированный волновод инжектируют электронные сгустки, которые ускоряются и отбирают запасную энергию..

Направление ускорения сгустков при атом параллельно групповой скорости электромагнитной волны, Убыль энергии в ячей. ках циафрагмированного волновоца компенсируется зв счет энергии, поступающей из объема накопителя. При стационарном режиме ускорения энергия бегущей волны, заключенная в объеме накопителя с размерами, равными длине волны, должна поровну распределяться всеми ячейками ускоряющего цивфрвгмированного воиновоца. Эта часть энергии определяет заряд и прирост энергии сгустка в ячейке диафрагмированного вывода.

Недостатком такого способа ускорения является увеличение энергетического спа» да от сгустка к сгустку IIpH ускорении, сгустков с большим зарядом. При увеличении эаряца сгустков головные сгустки отбирают большую часть накопленной энер» гии, уменьшая напраженность алектрического поля, и последующие электронные сгу-. стки приобретают меньшую энергию.

Белью изобретения является уменьшение энергетического спаца от сгустка к сгустку при ускорении больших заряцов.

;Согласно изобретению, указанная цель достигается тем, что в способе ускорения электронных сгустков электрическим полем резонансного объемного накопителя СВЧ, инжекцию сгустков осуществляют в течение времени, равного цвойному времени распространения алектромагнитной волны поперек направления ускорения сгустков в квжцой ячейке накопителя с групповой скоростью. Энергию СВЧ генератора накапливают в резонаторе стоячих волн.

Стоячая волна в резонаторе может быть прецставлена в виде суммы двух бегущих волн, вектор групповой скорости которых направлен вцоль резонатора. При прохож.цении ускоряющего промежутка сгусток отбирарт энергию электромагнитной волны и его окрестности. Слецукицие сгустки ускоряются зв счет энергии, поступающей

3 7664 к ускоряющему промежутку из ячеек резонатора, Энергия волн, движущихся к ускоряющему промежутку, постоянна и не зависит от величины ускоряемого сгустка, поэтому прирост энергии ускоряемых сгустков одинаков, Ниже приводится пример реализаций данного способа.

Устройство для реализации данного способа схематично изображано на черте- 10 же.

Оно содержит электронный инжектор 1, генератор накачки СВЧ энергии 2,волноводный резонатор 3 с типом колебания Н 0 являющийся накопителем СВЧ энергии, 15 при этом резонатор изогнут так, что длины ячеек резонатора от одной пары пролетных отверстий до другой равны

/ 1 0, где и 2,3 - количество ! ускоряемых сгустков, $< - длина волны 20 в волноводе резонатора, д - длина волны в свободном пространстве, Фокусировка ускоряемых электронных сгустков производится фокусирующими катушками 4, рао положенными между ускоряющими проме- 25 жутками, Расстояние между центрами ускоряющи промежутков вдоль их оси равны 97, где М» средняя скорость элек-, . тронов, Г - период СВЧ генератора. Воз.4, буждение резонатора от СВЧ генератора производится через отверстие связи, расположенное на одном из концов резо61 4 .натора. В качестве инжектора использует ся сильноточная наносекундная пушка

При возбуждении резонатора в нем устанавливается режим стоячих волн и происходит накопление СВЧ энергии,, После достижения требуемой напряженности поля в резонатор инжектируют электронные сгустки, которые ускоряются в ряде последовательных ускоряющих промежутков, Величину инжектируемого заряда выбирают такой, чтобы при пролете голов ного сгустке через каждый ускоряющий промежуток отбиралась большая часть энергии, накопленной в его окрестности.

Последующие сгустки ускоряются за счет энергии, накопленной в ячейках резонатора и поступающей к ускоряющим промежуткам . Стоячую волну в резонаторе можно представить в вице суммы двух бегущих волн, распространяющихся навстречу друг другу. Пучком отбирается энер- ° гия у двух волн, идущих в направлении к ускоряющему промежутку. Число ускореннык, сгустков равно числу периодов СВЧ поля эа время пробега волны вдоль ячейки резонатора от одного ускоряющего промежутка до другого с групповой скоростью. Расстояние между центрами ускоряющих промежутков вдоль,их осп выбираются ,такими, чтобы в каждый ускоряющий ,промежуток электроны входили в одной и той же фазе СВЧ колебаний.

ВНИИПИ Заказ

Тираж 845

Филиал ППП "П

r. Ужгopog, ул. Проектная, 4